Соотношения между допусками макрогеометрии и высотными параметрами шероховатости поверхностей
Связь между допусками макрогеометрии и высотными параметрами шероховатости поверхностей формально отсутствует, поскольку в ГОСТ 24642 сказано, что шероховатость не входит в погрешности формы. Разные системы отсчета отклонений (от прилегающих элементов для формы поверхностей и от среднего профиля для высотных параметров шероховатости) как будто подтверждают такой подход. Однако в том же стандарте отмечено, что при высотных параметрах шероховатости, соизмеримых с отклонениями формы, их необходимо учитывать. Если расстояния между впадинами и выступами микрорельефа при неудачном нормировании окажутся большими, чем значения допусков формы, из-за этого при контроле отклонений формы или/и расположения поверхностей могут быть забракованы годные по макрогеометрии детали, что следует рассматривать как возникновение неоднозначной ситуации. Для повышения определенности принимаемых решений о годности по макрогеометрии высотные параметры шероховатости следует ограничить, увязав их с лимитирующими допусками макрогеометрии поверхностей. Под лимитирующим допуском понимают тот наименьший по значению допуск макрогеометрии, который фактически ограничивает высотные параметры шероховатости.
Максимальные значения высотных параметров шероховатости, ограничиваемые такими лимитирующими допусками макрогеометрии, как допуск размера, расположения или формы, должны быть меньше лимитирующего допуска в (1,5…3) раза. Лимитирующий допуск, как правило, ограничивает шероховатость двух противоположных поверхностей или двух противоположных элементов одной поверхности, с высотными параметрами которых дополнительно будут комплексироваться отклонения формы, расположения и размера. Если лимитирующим является допуск формы номинально цилиндрической поверхности, представленное соотношение сохраняется. Как исключение можно рассматривать ситуацию, когда шероховатость однократно накладывается на реальные отклонения формы и/или расположения, а параметры шероховатости могут превышать половину лимитирующего допуска (например, если лимитирующими высотные параметры шероховатости являются допуски формы плоской поверхности, торцового или полного торцового биения).
Исходя из предложенного основополагающего правила, следует критично подходить к рекомендациям, представленным в РТМ 2 Н31-4–81, в котором соотношения между высотными параметрами шероховатости и допусками размера, формы или расположения поверхностей представлены обезличенно. В этом документе «условия» для назначения параметров Ra и Rz оговорены, исходя из допусков размеров и относительной геометрической точности допусков формы или расположения поверхностей. В результате при назначении высотных параметров шероховатости по данным рекомендациям можно ошибиться в два раза.Нормы, приведенные в документе, и фактические соотношения, заданные этими нормами представлены в табл. 4.4.
Таблица 4.4
Рекомендуемые соотношения высотных параметров шероховатости и допусков макрогеометрии поверхностей (по РТМ 2 Н31-4–81)
| Уровни относительной геометрической точности допусков формы или расположения | Соотношения высотных параметров шероховатости поверхностей и допусков макрогеометрии, не более | Примечание | |||
| Ra | Rz | Ra | Rz | ||
| А (нормальная) | 0,050 IТ | 0,20 IТ | 0,08 Tlim | 0,33 Tlim | – |
| В (повышенная) | 0,025 IТ | 0,10 IТ | 0,06 Tlim | 0,25 Tlim | – |
| С (высокая) | 0,012 IТ | 0,05 IТ | 0,05 Tlim | 0,20 Tlim | – |
| «Особо высокая» | – | – | 0,15 Tlim | 0,60 Tlim | Выше уровня С |
| Без указания уровня | – | – | 0,10 Tlim | 0,40 Tlim | При заданных допусках биения |
| Примечания: 1.IТ – допуск размера, Tlim– лимитирующий допуск формы или расположения. 2. Выделенные двойной рамкой соотношения в РТМ 2 Н31-4–81 не представлены. |
Анализ взятых из документа РТМ 2 Н31-4–81 данных (табл. 4), подтверждает неудачный подход к нормированию. Для нормальной повышенной и высокой относительной геометрической точности допусков формы или расположения заданы соотношения между допуском размера и параметрами шероховатости. Очевидное неудобство выбранного подхода в том, что он скрывает реальные соотношения между высотными параметрами шероховатости и лимитирующим допуском. Следствие принятого подхода – неоправданное разнообразие не представленных в документе в явном виде фактических множителей в соотношениях (в таблице выделены двойной рамкой). Формальное повышение требований якобы вдвое на каждой более высокой ступени (колонки 2 и 3) фактически приводит к ужесточению высотных параметров только на 37,5 % на всем диапазоне, что видно из данных в колонках 4 и 5 табл. 4.4.
Поскольку повышение требований к параметрам шероховатости якобы в два раза фактически приводит к их ужесточению всего на 25 % при переходе от уровня А к уровню В, или на 16,7 % при переходе от уровня В к уровню С, можно утверждать, что принятая в данном документе методика нормирования высотных параметров шероховатости является неоправданно усложненной и приводит к избыточному разнообразию рекомендуемых для нормирования соотношений.
В качестве соотношений, приемлемых для нормирования высотных параметров шероховатости поверхностей по лимитирующим значениям допусков макрогеометрии можно предложить для тривиальных случаев
Ra ≤ 0,10 Tlim , (4.1)
или, исходя из того, что для традиционных технологических процессов Rz примерно в 4 раза превышает Ra,
Rz ≤ 0,40 Tlim , (4.2)
а для случаев с особо жесткими лимитирующими допусками
Ra ≤ 0,15 Tlim , (4.3)
или
Rz ≤ 0,60 Tlim . (4.4)
Использование предложенных соотношений (4.1…4.4) существенно упрощает назначение высотных параметров шероховатости поверхностей и избавляет от решения частных задач в избыточно усложненной постановке.
Особым случаем выбора высотных параметров шероховатости поверхностей является нормирование параметров поверхностей, сопрягаемых с подшипниками качения. Рекомендации по выбору норм точности для этих поверхностей приведены в ГОСТ 3325. Рекомендации некорректны как в отношении значений допусков формы и биений, так и в отношении значений Ra, которые не согласованы с лимитирующими допусками макрогеометрии (рекомендуемые стандартом значения Ra в ряде случаев превышают рациональные значения).
Предлагаемые значения допусков формы и биений не согласованы со значениями соответствующих допусков по ГОСТ 24643, который нормирует числовые значения допусков формы и расположения поверхностей. Так среди рекомендуемых допусков встречаются полученные на основе формальных расчетов значения 0,7 мкм; 4,5 мкм; 7,5 мкм; 9 мкм; 11 мкм; 13 мкм; 15 мкм; 21 мкм; 39 мкм, которые не соответствуют стандартным значениям в ГОСТ 24643.
Функциональная метрологическая экспертиза обеспечивает положительный результат только в том случае, если все экспертируемые параметры объекта стали контролепригодными. Если в ходе экспертизы обнаружены неконтролепригодные параметры, появляется необходимость либо корректировки параметров объекта (его перепроектирования), либо разработки новых средств измерений или методик выполнения измерений.